新能源材料

寧德時(shí)代牽頭成立的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)國(guó)家工程研究中心獲批

由寧德時(shí)代牽頭，聯(lián)合清華、廈大等6所高等院校和中國(guó)電力科學(xué)院、中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研發(fā)中心等2家科研院所以及廈門(mén)鎢業(yè)等7家上下游企業(yè)共同組建的研究中心獲批“國(guó)家工程研究中心”——電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)國(guó)家工程研究中心。據(jù)悉，這是國(guó)家與改革委員會(huì)2018年以來(lái)批復(fù)的唯一一家國(guó)家工程研究中心。據(jù)了解，該工程中心聚焦動(dòng)力電池領(lǐng)域存在的“里程焦慮”、“安全焦慮”、“壽命焦慮”、回收和再利用體系不健全等突出問(wèn)題，重點(diǎn)開(kāi)展高能量與高功率密度電池、超短快充電池、高壽命電池、電池管理系統(tǒng)精算、超強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的電池包設(shè)計(jì)、電池梯次利用與循環(huán)再生利用、電池安全性與耐久性評(píng)估等關(guān)鍵核心技術(shù)開(kāi)發(fā)和工程化，推動(dòng)先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、工藝、產(chǎn)品和裝備研制和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，提升動(dòng)力電池領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

該工程中心預(yù)計(jì)2020年底完成籌建工作，突破高功率密度電池、超短快充、超長(zhǎng)循環(huán)壽命等儲(chǔ)能關(guān)鍵核心技術(shù)，目標(biāo)到2027年建成一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。（寧德晚報(bào)）

公交車(chē)有望率先實(shí)現(xiàn)全面新能源化

12月5日，工業(yè)和信息化部賽迪顧問(wèn)在京發(fā)布《2018中國(guó)新能源公交車(chē)城市推廣研究報(bào)告》。報(bào)告顯示，目前中國(guó)每3輛公交車(chē)中就有一輛是新能源車(chē)型；報(bào)告預(yù)測(cè)，公交車(chē)有望率先實(shí)現(xiàn)全面新能源化。

經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，新能源公交車(chē)在全國(guó)各地已不鮮見(jiàn)，在發(fā)揮節(jié)能減排效用的同時(shí)，通過(guò)技術(shù)積累不斷推動(dòng)產(chǎn)業(yè)成熟發(fā)展?？萍疾?、財(cái)政部、發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部在2009年1月共同發(fā)起“10城千輛工程”，重點(diǎn)推進(jìn)新能源汽車(chē)在大中城市公共交通領(lǐng)域中的發(fā)展。歷經(jīng)10年時(shí)間，新能源公交車(chē)已經(jīng)大量置換傳統(tǒng)公交車(chē)，成為全國(guó)各地公共交通新選擇。在北京，新能源公交車(chē)筑起了長(zhǎng)安街上的移動(dòng)風(fēng)景線。

全國(guó)各地都在加緊新能源公交車(chē)的置換投運(yùn)工作。從工業(yè)和信息化部了解到，截至2017年底，我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)新能源公交車(chē)?yán)塾?jì)超過(guò)25萬(wàn)輛，占全國(guó)公共汽電車(chē)總量的近40%。其中廣東省廣州市和西藏自治區(qū)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)新增和更換公交車(chē)中新能源汽車(chē)比重達(dá)100%，湖南省長(zhǎng)沙市新能源公交車(chē)輛比例超過(guò)80%，浙江省杭州市主城區(qū)新能源和清潔能源公交車(chē)輛達(dá)100%。

根據(jù)“十三五”城市公共交通發(fā)展規(guī)劃綱要，到2020年，全國(guó)重點(diǎn)區(qū)域的直轄市、省會(huì)城市、計(jì)劃單列市建成區(qū)公交車(chē)將全部更換為新能源汽車(chē)。據(jù)交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院預(yù)測(cè)，在“十三五”期間，全國(guó)新能源公交車(chē)的能源消耗量將累計(jì)降低593萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少碳排放1 250萬(wàn)t。除了帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的減排效果，“先走一步”的公交行業(yè)還通過(guò)技術(shù)的迭代推動(dòng)了國(guó)家新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相較于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)汽車(chē)行業(yè)起步晚，制造技術(shù)底子薄。在國(guó)家確定發(fā)展新能源汽車(chē)戰(zhàn)略后，傳統(tǒng)汽車(chē)制造業(yè)難以提供有效助力。而公交行業(yè)作為城市交通體系的組成部分，具有運(yùn)營(yíng)線路和里程固定、有專屬停車(chē)場(chǎng)站建設(shè)充電設(shè)施和有公共財(cái)政補(bǔ)貼等優(yōu)勢(shì)，為新能源汽車(chē)的研發(fā)、生產(chǎn)、投運(yùn)提供了便利環(huán)境。許艷華表示，如今中國(guó)動(dòng)力電池在全球范圍內(nèi)的出貨量已經(jīng)占到60%以上，公交先行戰(zhàn)略有效刺激了新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，整體性能已經(jīng)大幅提升。（人民網(wǎng)）

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料與器件取得系列進(jìn)展

近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借迅猛的發(fā)展受到了全球光伏產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員以及各國(guó)科學(xué)家的廣泛關(guān)注。其高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率、簡(jiǎn)單的制備工藝和低廉的制造成本使其成為學(xué)界和工業(yè)界炙手可熱的“明星”。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)際應(yīng)用的重要瓶頸和關(guān)鍵問(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)低成本、大面積、高效率器件及解決穩(wěn)定性的難題。

在中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員胡勁松課題組在這一領(lǐng)域開(kāi)展了系統(tǒng)且深入的研究，并于近期與相關(guān)合作者們一起取得了系列新進(jìn)展。他們開(kāi)發(fā)了一種風(fēng)刀涂布方法，實(shí)現(xiàn)了大面積鈣鈦礦薄膜、電子傳輸層（ETL）和空穴傳輸層（HTL）的高質(zhì)量涂布，在全程不需旋涂和反溶劑的情況下，獲得了轉(zhuǎn)換效率（PCE）可達(dá)20%以上的電池器件，為高效率鈣鈦礦光伏器件的低成本規(guī)?；苽涮峁┝艘环N思路。在HTL方面，開(kāi)發(fā)了新型低成本、易制備的二維共軛有機(jī)小分子空穴傳輸材料OMe-TATPyr代替spiro-OMeTAD，實(shí)現(xiàn)了平均20% 的PCE。在ETL方面，研究人員發(fā)現(xiàn)在無(wú) ETL時(shí)透明電極與鈣鈦礦薄膜間的費(fèi)米能級(jí)差距減小，接觸界面能帶彎曲減弱，因此對(duì)光生電子的抽取及光生空穴的排斥作用同時(shí)減弱，使得電子在界面的轉(zhuǎn)移效率急劇下降，導(dǎo)致載流子復(fù)合嚴(yán)重，器件PCE降低。這一新的理解突破了對(duì)鈣鈦礦光伏器件結(jié)構(gòu)與異質(zhì)結(jié)界面的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，闡釋了無(wú)ETL器件PCE低的原因。據(jù)此，提出通過(guò)延長(zhǎng)載流子壽命來(lái)解決無(wú)ETL鈣鈦礦光伏器件轉(zhuǎn)換效率低的新方案。發(fā)現(xiàn)當(dāng)載流子壽命接近微秒時(shí)，無(wú)ETL器件的PCE可以接近傳統(tǒng)p-i-n結(jié)構(gòu)器件，并且獲得了PCE為19.52%的無(wú)ETL鈣鈦礦光伏器件。這些結(jié)果為突破鈣鈦礦器件對(duì)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)的依賴邁出了重要的一步，也為鈣鈦礦光伏技術(shù)的理論研究和低成本規(guī)模化制備提供了深入理解和多樣化的選擇。（中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所）

制備高效穩(wěn)定的模塊化鈣鈦礦器件取得進(jìn)展

金屬鹵化物鈣鈦礦作為一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、帶隙可調(diào)、禁帶寬度合適、載流子遷移率高及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是第3代薄膜太陽(yáng)能電池的代表性材料。然而三維鈣鈦礦對(duì)水氧的敏感性，導(dǎo)致器件在自然工作狀態(tài)下效率急劇衰減，嚴(yán)重阻礙了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化進(jìn)程。二維鈣鈦礦作為三維鈣鈦礦的延伸材料，因其疏水性和對(duì)光照的不敏感性，穩(wěn)定性大為提高。由于二維材料結(jié)構(gòu)的特殊性，電子或空穴受量子尺寸效應(yīng)限制，其壽命和遷移率遠(yuǎn)低于三維結(jié)構(gòu)，因而其器件光電轉(zhuǎn)化效率明顯低于三維鈣鈦礦。這種穩(wěn)定性與高效率之間的矛盾成為實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)難題。在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員宋延林課題組科研人員利用綠色納米印刷技術(shù)，在鈣鈦礦單晶的精細(xì)圖案化組裝、印刷柔性太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦可穿戴器件方面開(kāi)展了一系列研究。

最近，該實(shí)驗(yàn)室的研究人員與澳門(mén)大學(xué)物理學(xué)院合作，成功將純相的二維鈣鈦礦引入到三維鈣鈦礦體系中，克服了載流子傳輸過(guò)程受量子尺寸效應(yīng)的限制，制備出了高度趨向性的2D-3D鈣鈦礦橫向抑制結(jié)薄膜，并利用印刷技術(shù)制備出高效率、高穩(wěn)定性的模塊化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。如下圖所示，他們選擇具有長(zhǎng)鏈雙胺配體的二維鈣鈦礦，一方面抑制了多種二維相的形成，保證二維鈣鈦礦的超強(qiáng)疏水性。另一方面，二維鈣鈦礦中的胺分子可以與三維鈣鈦礦中的有機(jī)陽(yáng)離子發(fā)生配位作用，可以使純相二維鈣鈦礦鑲嵌在三維鈣鈦礦晶界處，抑制載流子自晶界處的非輻射復(fù)合，阻擋水和氧在從晶界處腐蝕薄膜，得到了光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)21%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。通過(guò)印刷技術(shù)制備出的模塊化組件，在自然條件下，經(jīng)過(guò) 3 000h的衰減測(cè)試，其光電轉(zhuǎn)換效率仍然保持在初始值的90% 以上。500h的光照測(cè)試，模塊化組件效率衰減不足10%。通過(guò)這種二維-三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超高效率和超穩(wěn)定性的模塊化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，對(duì)推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。（中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所）

高性能、低成本的新型三元納米片電催化劑制備成功

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏團(tuán)隊(duì)和高敏銳團(tuán)隊(duì)合作，研制出一種高性能、低成本的新型三元納米片電催化劑。其展現(xiàn)出工業(yè)級(jí)的優(yōu)異電解水制氫潛能。近年來(lái)，國(guó)際學(xué)術(shù)界在全水解電極催化劑的設(shè)計(jì)制備方面取得了令人矚目的進(jìn)展。但是，尋找能在中性水電解質(zhì)中同時(shí)展現(xiàn)高活性、高穩(wěn)定性的非貴金屬電催化劑仍是一大挑戰(zhàn)。此次研究人員采用電化學(xué)沉積和固相磷化兩步反應(yīng)，設(shè)計(jì)并成功制備了鎳摻雜的磷化鈷三元納米片電催化劑。其在中性條件下同時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的水還原及氧化電催化活性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)人員將這種三元材料作為中性水全分解電解池的陰極和陽(yáng)極，發(fā)現(xiàn)其性能優(yōu)于以商業(yè)貴金屬材料作為電極制備的電解池。據(jù)介紹，該工作為發(fā)展廉價(jià)三元過(guò)渡金屬磷化物作為電極，用于中性水電解制氫提供了新的思路，并展現(xiàn)出潛在的商業(yè)應(yīng)用前景。（新華網(wǎng)）

可充放電鋅離子電池及關(guān)鍵材料研發(fā)取得進(jìn)展

鋅具有最低的電化學(xué)勢(shì)，體積能量密度是金屬鋰的3倍，并且在地殼中儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好，因此鋅是一種理想的負(fù)極材料。與鋰離子電池相比，水體系工作的鋅離子電池具有更高的安全性及更低的成本，適用于大規(guī)模能量存儲(chǔ)領(lǐng)域。

但是，鋅負(fù)極在循環(huán)充放電的過(guò)程中比金屬鋰更易形成枝晶，電池短路的風(fēng)險(xiǎn)極大，因此目前實(shí)際應(yīng)用的鋅離子電池都是單次使用的一次電池，而非像我們手機(jī)使用的可循環(huán)充放的鋰離子電池。參考鋰離子電池領(lǐng)域，采用Zn固態(tài)電解質(zhì)替代電解液有望實(shí)現(xiàn)Zn的均勻沉積并抑制枝晶生長(zhǎng)，從而推廣Zn金屬二次電池的應(yīng)用。遺憾的是，由于二價(jià)Zn2+與晶格作用較強(qiáng)，目前尚未發(fā)現(xiàn)室溫下Zn2+離子電導(dǎo)率較高的固態(tài)材料。

北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)利用金屬-有機(jī)框架材料（MOFs）具有利于離子快速遷移、高度可設(shè)計(jì)的有序孔道結(jié)構(gòu)，首次研發(fā)成功基于MOFs的Zn-單離子導(dǎo)體固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)可穩(wěn)定充放電循環(huán)的鋅離子電池。團(tuán)隊(duì)利用離子化后修飾及離子交換等手段，成功地制備了基于MOF-808的Zn2+固態(tài)電解質(zhì)（WZM）。它是一種固態(tài)的單Zn2+離子導(dǎo)體，室溫電導(dǎo)率高達(dá)0.21mS/ cm，Zn2+離子遷移數(shù)為0.93，電化學(xué)窗口為2.20V，滿足所有已知的鋅離子電池正極材料。這與在電解液中的沉積形貌不同，在WZM固態(tài)電解質(zhì)的作用下，鋅的沉積均勻、致密且沒(méi)有枝晶。

通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，這種優(yōu)良的沉積形貌得益于帶負(fù)電的MOF孔道對(duì)Zn2+的限制和誘導(dǎo)沉積機(jī)制。他們利用WZM固態(tài)電解質(zhì)組裝了Zn|WAM|VS2固態(tài)電池并進(jìn)行了測(cè)試。室溫下250個(gè)循環(huán)后該固態(tài)電池的容量保持率為首圈的89%，展現(xiàn)了良好的倍率性能。（北京大學(xué)）

北京理工大學(xué)在鋰硫電池動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)方面研究取得新進(jìn)展

近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦課題組在鋰硫電池動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)方面研究取得新進(jìn)展。該研究利用原位刻蝕的Ni3FeN促進(jìn)多硫化物的表面反應(yīng)，并采用先進(jìn)的表征技術(shù)揭示了原位催化轉(zhuǎn)化機(jī)理。該工作開(kāi)拓了多金屬合金/化合物作為高倍率Li-S電池動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑的新思路，也提出了催化表面反應(yīng)和缺陷化學(xué)作用的新見(jiàn)解。

因?yàn)榫哂休^高的理論比能量，Li- S電池作為鋰離子電池最有希望的替代品受到極大的關(guān)注。其高能量密度依賴于可逆的表面電化學(xué)反應(yīng)，在硫正極中引入電催化活性成分可以有效加速表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而提高硫的利用率并減輕多硫化物的穿梭效應(yīng)。然而，在電池工作條件下催化劑的真實(shí)活性相此前幾乎沒(méi)有被驗(yàn)證過(guò)。深入挖掘表面反應(yīng)機(jī)理，探明催化劑活性的來(lái)源對(duì)于指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵作用。

類似于金屬催化劑設(shè)計(jì)的合金化策略，該團(tuán)隊(duì)在單金屬化合物中引入外在金屬，活化了原來(lái)的惰性相化合物，從而促進(jìn)多硫化物的表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。以六方氮化鎳（Ni3N）作為概念驗(yàn)證，其對(duì)多硫化物的催化活性較差。在引入鐵元素后，Ni3N轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋钚缘牧⒎芥囪F氮化物（Ni3FeN）。在Ni3FeN中，處于立方結(jié)構(gòu)頂角處的較高正電性的鐵（與鎳相比）傾向于通過(guò)多硫化物的刻蝕過(guò)程浸出，從而在鎳位點(diǎn)的周?chē)粝麓罅靠瘴蝗毕?，極大地提高了Ni3N的催化活性。鐵元素通過(guò)多硫化物的原位刻蝕作用而浸出，產(chǎn)生高活性的富空位相，從而促進(jìn)了多硫化物的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程。這種富空位的Ni3FeN催化的Li-S電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和高硫負(fù)載下的循環(huán)穩(wěn)定性，并且可以極大降低電解液用量。這項(xiàng)工作不僅闡述了惰性單金屬化合物的外在金屬活化機(jī)制，也證明了原位相演化和空位的形成在調(diào)節(jié)催化反應(yīng)中的重要作用。（北京理工大學(xué)）

全國(guó)第1個(gè)電池儲(chǔ)能試驗(yàn)示范項(xiàng)目落戶甘肅

近日，從甘肅省發(fā)展改革委獲悉，為推動(dòng)電力系統(tǒng)儲(chǔ)能新技術(shù)應(yīng)用，提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，促進(jìn)新能源消納，國(guó)家能源局復(fù)函同意甘肅省開(kāi)展國(guó)家網(wǎng)域大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站試驗(yàn)示范工作。

甘肅網(wǎng)域大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站是國(guó)家批復(fù)同意的全國(guó)第1個(gè)電池儲(chǔ)能試驗(yàn)示范項(xiàng)目，按照“分期建設(shè)、分布接入、統(tǒng)一調(diào)度”的原則實(shí)施，選址在酒泉、嘉峪關(guān)、武威、張掖等地建設(shè)。其中一期建設(shè)規(guī)模720 MWh，總投資12億元，電站儲(chǔ)能時(shí)間4h，計(jì)劃2019年建成，后續(xù)將根據(jù)電網(wǎng)調(diào)峰需要及市場(chǎng)情況繼續(xù)擴(kuò)建。示范項(xiàng)目建成后，將成為國(guó)內(nèi)最大商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的儲(chǔ)能虛擬電廠，對(duì)推動(dòng)我國(guó)規(guī)?；瘍?chǔ)能技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，提升電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰能力等具有積極促進(jìn)作用。（甘肅日?qǐng)?bào)）